基本介紹
- 中文名：勵磁變壓器
- 外文名：exciting transformer
- 形式：乾式變壓器和油浸式變壓器
- 特點：勵磁系統額定電壓較低
- 結構：鐵心和繞組等
- 套用：電力設備
簡介,勵磁變壓器的形式及特點,勵磁變壓器的一般要求,勵磁變壓器的結構與設計,鐵心,繞組,勵磁變壓器的選擇,
簡介
通常接於發電機出口端，因發電機出口電壓較高，而勵磁系統額定電壓較低，故需一個降壓變壓器。
發電機用勵磁變壓器的安全、穩定運行，是自並勵機組安全、穩定運行的前提，是發電機組穩定發電、滿負荷發電的先決條件，是勵磁系統可靠運行的關鍵。
勵磁系統所需電功率由發電機出口取得，勵磁變壓器的作用是將發電機出口電壓（22kV）降為電力可控矽的輸入電壓（850 V）、在發電機機端和勵磁繞組之間提供電氣隔離，同時也用作電力可控矽的整流阻抗。
勵磁變壓器的形式及特點
勵磁變壓器，按絕緣方式劃分主要有四種型式
（1）環氧樹脂澆注乾式變壓器。
（2）無鹼玻璃纖維纏繞浸乾式變壓器。
（3）MORA型乾式變壓器。
（4）油浸變壓器。
油浸變壓器是傳統變壓器，目前逐步被乾式變壓器所代替。
乾式變壓器具有防火、防爆及環保性能優越等特點，成為勵磁變壓器主流套用。
世界上第一台環氧乾式變壓器由西德AEG公司於1964年製造。
環氧樹脂澆注乾式變壓器的特點：
（1）絕緣強度高，澆注用環氧樹脂具有18～22kV/mm的絕緣擊穿場強，且與電壓等級相同的油浸變壓器具有大致相同的雷電衝擊強度。
（2）抗短路能力強。
（3）防災性能突出，環氧樹脂阻燃並能自行熄滅，不致引發爆炸。
（4）環境性能優越，環氧樹脂防潮、防塵，可以在惡劣環境條件下運行。
（5）維護工作量小。
（6）運行損耗低，運行效率高，噪聲低。
（7）體積小，重量輕，安裝調試方便
MORA型乾式變壓器的特點如下：
（1）MORA型乾式變壓器是近十年來德國MORA變壓器廠為適應環保新概念和套用新工藝、新材料而開發的新型變壓器。
（2）MORA型乾式變壓器高壓繞組分層扁繞在絕緣性能良好的陶瓷絕緣支架上。高低壓繞組以及繞組之間縱向及橫向均有冷卻風道，變壓器具有良好的短時過載及抗短路能力。
（3）MORA型乾式變壓器在真空狀態下對繞組進行浸複合絕緣漆再進行烘乾，工藝簡單。
（4）變壓器繞組絕緣由玻璃纖維或NOMEX紙構成，達到F或H級絕緣水平。
（5）MORA型具有良好的阻燃特性。
（6）MORA型在失效後可拆卸。繞組材料可循環再利用。
（7）MORA型無須澆注設備與模具，初期投資可以大為節省，產品設計靈活性較大。
（8）MORA型運行維護工作量稍大，修理相對容易。
目前，歐洲及亞洲使用環氧樹脂澆注式變壓器居多，美國使用MORA型較多。
環氧樹脂澆注乾式基準衝擊水平可達250kV，MORA型為150kV。
環氧樹脂澆注乾式變壓器最大容量可達20MVA，MORA型僅能達到8～10MVA。
勵磁變壓器的一般要求
採用自並勵勵磁方式的發電機，其勵磁電源的勵磁功率整流器由勵磁變壓器供電。勵磁變壓器的高壓側通常接於發電機機端母線，低壓側接晶閘管三相全控橋式整流器，勵磁功率欄流器的負載為有很人電感、對地絕緣的發電機轉予。勵磁變壓器負載及接線的特點，以及電網和電廠對發電機勵磁系統的特定要求，使自並勵的水輪發電機勵磁變壓器工作條件及技術要求與一般套用的電力變壓器並不完全相同，主要包括如下方面。
（1）勵磁變壓器繞組電流為非正弦電流，變壓器的設計需要考慮繞組中諧波電流的影響。由於發電機轉子時問常數通常為若干秒級，敝勵磁功率整流裝置晶閘管電流及交流側（即勵磁變低壓側）線電流均呵看作為矩形波，存在著基波分量和諧波分量，諧波電流將增加變壓器的銅損和鐵損，並使發電機端電壓波形畸變。故勵磁變壓器設計與製造時需要考慮變壓器繞組諧波電流的影響，包括變壓器的鐵芯磁密、容量、過負荷能力等均需要對諧波電流的影響進行考慮。諧波電流將可能引起變壓器運行的諧波噪聲，故在鐵芯與繞組的結構及機械強度上，需要考慮降低諧波噪聲的措施。
（2）作為氳接接到發電機機端的勵磁變壓器，需按發電機端電氣設備的技術要求進行設計。按照GB 1094.1《電力變壓器第1部分總則》的要求，在發電機負載時，變壓器與發電機相連的端子上，應能承受1.4倍額定電壓，歷時5s。通常尚要求在發電機機端電壓為1.3倍額定電壓的過電壓下運行60s。勵磁變壓器應能在110%額定電壓下長期連續運行。
（3）勵磁變壓器低壓繞組額定電壓應按滿足發電機強勵時的勵磁頂值電壓要求進行設計選擇。發電機強勵時，對勵磁功率整流器的輸出電壓有最高要求，為發電機勵磁頂值電壓。勵磁頂值電壓按發電機所在的電力系統要求選取。
（4）變壓器容鼉應能滿足發電機長期連續運行所要求的勵磁能力，在發電機勵磁電流和電壓為發電機額定負載下勵磁電流和電壓的1.1倍時，能長期連續運行。
（5）勵磁變壓器的過載能力應能滿足發電機強勵的勵磁容量及持續時間的要求。勵磁變壓器在發電機強勵磁時，發電機在勵磁頂值電壓下運行，勵磁電流的穩態值也為勵磁頂值電流。此時勵磁功率對勵磁變壓器的負載能力有最高要求。
（6）勵磁變壓器高壓、低壓繞組間需設定靜電隔離禁止並接地。在變壓器投入和高壓側暫態過電壓時，通過勵磁變壓器高壓、低壓繞組間的分布電容，在勵磁變壓器低壓繞組上將產生過電壓。為減少此時勵磁變壓器低壓側的過電壓，在勵磁變壓器高壓、低壓繞組之間需設定靜電禁止並與變壓器鐵芯一起接地，以避免過電壓威脅勵磁功率整流器的安全。靜電禁止尚可減少變壓器低壓繞組的高次諧波及過電壓對高壓繞組及電網的影響，提高勵
磁變壓器的電磁兼容性。
磁變壓器的電磁兼容性。
除此以外，勵磁變壓器作為電力變壓器的一種套用類別，尚需滿足一般電力變壓器的技術要求。主要包括下列方面：
（1）運行溫升及絕緣耐熱等級。
（2）承受短路能力。
（3）絕緣水平。
（4）對輔助設備的沒置要求，包括電流互感器、溫度監視設備等。
（5）其他，如噪聲水平、局部放電水平、三相對稱性。
實際工程套用對勵磁變壓器尚有一些與工程相關的技術要求，如：
（1）勵磁變壓器類型及結構。
（2）組裝方式及防護等級。
（3）在電廠現場的安裝方式及要求，包括與發電機母線的連線等。
為方便運輸，或適宜與發電機離相封閉母線相連線，大型發電機勵磁變壓器通常採用單相變壓器組成三相變壓器組的結構方式，並要求單相變壓器有相同的結構和良好的互換性。
勵磁變壓器的結構與設計
以下以環氧樹脂澆注乾式變壓器為例介紹。
鐵心
鐵心是變壓器的磁路，由矽鋼片及夾緊裝置等組成。鈣心材質採用優質冷軋晶粒配向矽鋼片，45°全斜接縫結構心棒用絕緣帶傘扎，表面用特殊樹脂密封。鐵心必須是點接地，否則會形成環流增大損耗。變壓器的空載損耗主要是鐵心的損耗。
降低變壓器的空載損耗主要措施：①降低變壓器鐵心創磁密；②選取優質鐵心矽鋼片材料；③減少鐵心片厚度④採用全斜接縫結構。
繞組
繞組是乾式變壓器的最重要組成部分，主要由導線（鋅線）和絕緣結構（樹脂）組成。
繞組的結構決定額定容量、額定電壓和使用條件等。
變壓器的負載損耗由電阻損耗及繞組導線中的附加損耗等構成。繞組計算應滿足以下要求：
（1）電氣強度。繞組絕緣必須滿足國家標準規定或用戶要求的工頻、雷電衝擊試驗電壓要求，並留有一定裕度。
（2）耐熱強度。在負載運行情況下，繞組溫升不允許超過絕緣材料耐熱等級所規定的溫升限值。
（3）機械強度。乾式變壓器繞組在短路電流作用下所產生的電動力將使繞組位移以及短路阻抗變化，二者應滿足國家標準要求。
對於澆注乾式變壓器。高壓繞組用樹脂在模具內澆注，低壓繞組端部用樹脂封裝。
繞組材質主要是銅材和鋁材。根據樹脂體系和導電材料本身的物理性質，玻璃纖維絲填充的樹脂體系的熱膨脹係數與銅的熱膨脹係數相近，故玻璃纖維絲填充的乾式變壓器多用銅導體。矽微粉填充的樹脂體系的熱膨脹係數與鋁的熱膨脹係數相近，故矽微粉填充的乾式變壓器多用鋁導體。鋁繞組乾式變壓器存在機械強度差、對焊接質量要求高等不足。
用於變壓器繞組的導體主要有兩大類：線形和箔形。
繞組型式主要有層式繞組和箔式繞組。
高壓繞組線繞技術成熟，絕緣質量可靠，自動化程度高，使用率達70%以上。
低壓箔式繞組工效高，節省材料，漏磁少，抗短路能力強，使用率在90%以上。
勵磁變壓器的選擇
勵磁變壓器就設計和結構來說，與普通配電變壓器一樣，短路電壓為4%～8%。考慮到勵磁變壓器必須可靠，強勵時要有一定的過載能力。且勵磁電源一般不設計備用電源，因此宜選用維護簡單、過載能力強的乾式變壓器。若從降低勵磁系統造價來說，採用油浸變壓器也是可行的。
當勵磁變壓器安裝在戶外時，由變壓器副方到整流橋之間的饋線．由於有電抗壓降，不宜太長，特別是在勵磁電流很大的情況下，這一點必須考慮。還有不宜用單芯鎧裝電纜．而應選用橡皮電纜。因為單芯鎧裝電纜通以交流電時，將在鋼甲中感應到較高的電壓以及不能忽略的電流，並對通信電纜造成干擾。
②技術要求。明確對勵磁變壓器的詳細技術要求，選型中，有的水電廠要求勵磁變壓器選用國內知名廠家的產品。
③對採用電氣制動停機的機組，需明確勵磁變壓器是否兼作制動變壓器。
